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Hey Leute,

wie im Thema beschrieben gehtes um die Eigenfrequenzen eines Turms einer Windturbine. Habe den Turm mit Beam188 (MP=E,nu,Q,Dens) idealisiert und am Kopf die Masses des Turms über Mass21 (keyopt3=2; MP=dens; massx=120t) angebracht.
Des weiteren weiß ich über die Morleight Formel und einen anderen FE Bericht, dass die erste Eigenfrequenz 0.32058 Hz (Morleight) bzw. 0.328 (FE starre Einspannung am Fuß) ist.
Leider komme ich mit meiner Berechnung nicht auf diese Werte. Die Kopfmasse hat ja einen großen EInfluß auf die freqeunz. Wie seiht es nun mit dem Gewicht des Turmes selbst aus? Zusätzlich als Masse in den Kopf packen?
Hier mal die Frequenzen. Warum kommen die Frequenzen doppelt vor?

   SET   TIME/FREQ    LOAD STEP   SUBSTEP  CUMULATIVE
     1 0.40218             1         1         1
     2 0.40218             1         2         2
     3  3.1826             1         3         3
     4  3.1826             1         4         4
     5  8.8129             1         5         5
     6  8.8129             1         6         6

[Diese Nachricht wurde von batzen83 am 01. Jun. 2012 editiert.]

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So, mal ganz ehrlich - wies soll den jemand etwas zu den Daten sagen?
Du hast die analytische Lösung und dann die Ergebnisse des Rechenlaufs. Wie sehen die Reals etc. aus ?

Ich denke das Forum kann nicht dazu da sein Dir die Arbeit abzunehmen - es ist jetzt Deine Aufgabe Massen, Trägheitsmomente etc. zu gleichen - das ist Dein Job!
Eins noch dei Morleigh Formel ist eine grobe Näherung. Und es gibt eine ganze Menge anderer analytischer Lösungen die wesentlich genauer sind für verschiedene Randbedingungen. Und woher kommt denn das Ergebnis im anderen FE-Bericht - nachher ist das auch auf die Morleigh Formel getrimmt worden.

Gerd

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 01. Jun. 2012 editiert.]

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Die FE Analyse ist linear und elastisch. Auf welchen Ansätzen beruht Morleight Formel?

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Grüße, Moe

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@Moe - einfach mal Google anschmeissen - hab ich auch mal kurz gemmacht

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Mal ganz ruhig smitty. Hätte nur gerne ein paar Anregungen.
Habe das angesprochene soweit schon gecheckt und das passt alles. Was ich mich nur frage ist die Keyoption vom Mass21. Mit oder ohne Trägheitsmomente? Und, muss ich das gewicht des Turms mit in die Kopfmasse packen? Habe ja eigentlich die Dichte beim Beam mit angegeben.
Und vor allem, warum werden die Frequenzen 2 mal angegeben.

@ farahnaz: Bin mir nicht sicher, aber kann es sein, dass die Morleight Formel ohne feste Einspannung rechnet.

[Diese Nachricht wurde von batzen83 am 01. Jun. 2012 editiert.]

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@Batzen : Ich staune nur noch - Du zitierst eine Formel und weißt nicht einmal was da hintersteckt.

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Zitat:

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Original erstellt von batzen83:

@ farahnaz: Bin mir nicht sicher, aber kann es sein, dass die Morleight Formel ohne feste Einspannung rechnet.

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Deine geschlossene Lösung kenne ich leider nicht.
Aber wenn ich richtig sehe, dein FE-System scheint insgesamt steifer zu sein, nicht wahr?

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Grüße, Moe

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die Masse des Turms (BEAM's) sollte durch die Dichte beruecksichtigt sein. Wuerde aber das Massentraegheitsmoment des Kopfes mit reinnehmen. Das jede Eigenfrequenz mehr als einmal auftritt liegt daran, das die gleiche Schwingform/Auslenkung in verschiedene Richtungen stattfinden kann, wenn dort das gleiche Biegetraegheitsmoment vorliegt. 

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Gruesse,
Frank Exius
IFE Deutschland  www.ife-ansys.de
Mo-Fr 9:00-18:00 Uhr durchgaengig

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@ smitty: Könnten wir bitte einfach meine Fragen diskutieren. Wäre dankbar, wenn du mir irgendwie helfen kannst/willst.

@ moe: Da stimme ich zu. Kann mir aber trotzdem keinen Reim draus bilden.

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Hallo Batzen,

wenn du die Masse des Turms schon über die Dichte berücksichtigt hast, brauchst du sie nicht mehr in den Kopf reinzustecken. Am Kopf würde ich lediglich die Gondel, Rotor, etc berücksichtigen.

Das größe Problem sehe ich in der Modellierung des Auflagerpunktes:

Rotations- und Translationssteifigkeit des Bodens, des Gründungskörpers und deren Interaktion

Hast du das mit drin? Stichwort: "frequenzabhängige Steifigkeit des Bodens"

(Anmerkung: Was nützt es dir, Eigenfrequenzen der Turmstruktur bis auf 3 Nachkommastellen zu berücksichtigen, wenn das Modell u.U. den Auflagerpunkt falsch (Festeinspannung) oder ungenügend wiedergibt?

Gruß
ral

Frage: Ist in deinen Modalanalysen ein Lastvektor mit drin oder nicht?

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@batzen: Entschuldigung, aber die Kritik mußt Du Dir schon gefallen lassen. Wenn Du eine Formel zitierst nach deren Werten Du das Ergebnis einer Eigenfrequenanalyse beurteilst, dann solltest Du schon wissen was diese Formel aussagt, hierzu ein LINK nach einer kurzen Google-Suche : www.peterknoedel.de/lehre/FHA-Stahl/Skript/GrA/Dyn/Dyn.pdf  .
Danach ist das Ergebnis ein Abschätzung nach unten aufgrund einer quasi statischen Rechnung - hier mit einer Einheitsbeschleunigung in Querrichtung - die Frage ob mit oder ohne Einspannung ist damit schon mal überfüssig. Das Modell - ein eingespannten Balken massebehaftet mit einer Masse am Kopf.
Zur Abweichung :
a) Kontrolle der Massen von Turm und Modell unter Berücksichtigung der Schwerpunkthöhen
b) Vergleich des statischen Näherungsmodells ob die Höhe der Gondelmasse gleich ist,
   ebenso die übrige Geometrie,
c) ....

Da im Morleigh - Verfahren auch keine Massenträgheitsmomnet eingehen, empfiehlt sich natürlich auch bei einer Vergleichsrechung diese zu vernachlässigen.
Und natürlich ist auch der Hinweis von RAL zu berücksichtigen - die Steifigkeit des Bodens, wobei diese vermutlich auch bei der Abschätzung nicht berücksichtig wurde.
Ich denke es ist unbedingt notwendig das Du Dich mal mit Literatur über Schwingungen beschäftigst - nur auf ein Programm zu vertrauen ist etwas gewagt. Eine Abschätzung sollte man schon selbst mal zuwege bringen können.
Aber warum hast Du eigentlich nicht mal Deine Kollegen zuerst gefragt - denn die gibt es jawohl.

Gerd

[Diese Nachricht wurde von smittytomcat am 03. Jun. 2012 editiert.]

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@ RAL: Ja das kommt im nächsten Schritt. Habe hierzu Federkennwerte (Kippfeder,Drehfeder,Schubfeder, Hubfeder) über die Bodenkennwerte berechnet. Da bin ich mir mit der Modelliering aber etwas unsicher. Habe einfach combin14 Elemente mit den jewiligen FHG genommen. Dazu dann Drehpunkt an der Sohlfläche und diesen dann mit den combin Elementen mit dem Turmfuß verbunden. Die Federelemente stellen ja jetzt meine Gründung dar, d.h. keine weiteren Randbedingungen mehr notwendig. Seh ich das richtig? Zusätzlich  hab ich noch ein Masse Element am Turmfuß, welches Gründung darstellt.
Nein, kein Lastvektor. Brauch ich den?

@ smitty: Kein Problem, Kritik kann ja was positives sein. Je nachdem, was man damit anfängt. Ich hab nur manchmal das Gefühl in solchen Foren, dass wenn man sich erstmal ineinander verbissen hat, dass das Ganze dann nicht mehr zielführend ist.
Die Berechnung wurde extern gemacht und mir liegt nur der Bericht vor. Habe die Ganze Zeit nur statische und Fatigue Berechnungen gemacht und das ist fast Neuland. Bim dabei mich in die Themenstellung einzuarbeiten, dass wir das in Zukunft selber machen können. D.H auch Grundlagen :-) Ich habe meine Machinendynamik Unterlagen schon griffbereit.

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Moin Batzen,

Du siehst aber welche Gefahr darin besteht sich auf die Ergebnisse anderer zu verlassen. Euer Externer hat vermutlich seine FE-Rechnung mit dem Näherungsverfahren "kalibriert" - vermutlich auch weil für ihn das Thema Eigenschwingungen unsicheres Terrain ist (vermutlich Prüfing).
Und dann rechnet Du und bekommst einen kleinen Unterschied (vernachlässibar die .02 Hz)  - und wat nu.
Ich kannte den Begriff Moorleigh Formel auch nicht - aber Du siehst es gibt Google und schon war klar was sich hinter dem Ergebnis verbirgt - eine Abschätzung.
Und, da stimme ich IFE nicht zu - bei solchen ersten Schwingungsgraden spielt das Massenträgheitsmoment keine große Rolle.
In der Realität bzw. bei Messungen kannst Du Toleranzen von +- 10% der Eigenfrequenzen haben (nicht nur aufgrund der Bodensteifigkeit), denn keiner denkt an all dei kleinen Einbauten etc..
Nun ja, dann man viel Erfolg bei den Grundlagen. Ein Tipp noch als Buchempfehlung:
Dynamics of Structures, Ray W.Clough/Joseph Penzien McGraw-Hill

Gruß
Gerd

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moin.

Große Modelle zum Kalibrieren auf ungewohntem Terrain halte ich für wenig zielführend.
Daher die Empfehlung erstmal alles zu vereinfachen und dann aufzubauen, z.b.
1. Masseloser Balken mit Kopfmasse: stat. und Modalanalyse. (nur eine Eigenform in der Ebene)
2. Massebehafteter Balken ohne Kopfmasse: stat. und Modalanalyse (Machen die EF Sinn?)
für 1 und 2 gibt's analytische Lösungen und das ganze ist recht einfach in ANSYS reinzukriegen.

3. Massebehafteter Balken mit Kopfmasse: Kopfmasse (nur Translations-DOF) langsam steigern, um sich von der bekannten Lösung in (2) in Richtung Realität zu bewegen.
4. Rotationsträgheit der Kopfmasse aktivieren. Einfluss prüfen.
(mein Bauch sagt mir, dass es da nicht viel Einfluss gibt. Allein schon wegen der Abmessungen: Turmhöhe 100m, Gondelabmessungen 6*6*15. Aber das ist nur ein Bauchgefühl, daher lieber mal einen Rechenlauf starten)

wie Gerd schon sagte: ~10% Abweichung bei "nicht-akademischen" Beispielen sind noch kein Beinbruch.

Wenn du jetzt noch am Boden rumschraubst, der nun mal keine wohl definierten Eigenschaften hat wie Stahl, bist du mit 10% schon gut dabei. Das soll jedoch nicht heißen, dass du am Auflagerpunkt machen kannst, wie du willst. Ich gehe mal davon aus, dass die WEA auf einer Pfahlgründung steht - also einer Tiefgründung. Pfahl-Boden-Interaktion, Pfahl-Boden-Pfahl-Interaktion, die schon erwähnte frequenzabh. Dämpfung des Bodens ... sehr un-triviale Sachverhalte, die es an der charakteristischen Stelle des Tragwerks zu berücksichtigen gilt. Das ist sogar mit guten Kenntnissen in der Dynamik eine Herausforderung

wg. Lastvektor in Modalanalyse:
Du kannst das Eigenwertproblem mit einer rechten-Seite ungleich 0 lösen. Das einfachste Beispiel dazu ist die Gitarrensaite, die Ihre Eigenfrequenz i. Abh. der (inneren) Kräfte ändert. Mögliche Anwendung bei der WEA gilt es mal zu überdenken. (Zug macht "schneller", Druck macht "langsamer"). Einfluß Rotordynamik und damit explizites anregen (zB) einer Torsionseigenfrequenz, die sonst gar nicht auffallen würde? Muß ich mal drüber schlafen.

allseits frohes schaffen
ral

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Also, vielen Dank erstmal für die ausführlichen Beschreibungen.

@ral: Also ich habe schon ein paar kleinere Beispiele gerechnet. Stimmgabel zum Besispiel aus FEM für Praktiker. Dein Weg werde ich aber auch mal probieren, um einen Gefühl für die Turmstruktur zu bekommen, welche Parameter was verändern. Vor allem der Vergleich mit analytisch berechnbaren Fällen ist interessant.

Was mich auf jeden Fall gewundert hat, ist, dass die FHG des Mass Elements im Kopf große Frequenzunterschiede hervorbringen. Sind nur die translatorischen FHG frei, dann die bekannten 0,4 Hz. Schalte ich die Massenträgheiten hinzu, ohne sie mit einem Wert zu belegen, dann bekomme ich 0,9 Hz. Erhöhe ich dann die Massenträgheiten wird die Frequnz wieder kleiner.

Zusätzlich würde ich nun gerne noch das Dämfungsdekrement delte=0,02 einbauen. Muss ich jetzt vom Eigentwertproblem auf eine allgemein dynamische Berechnung umsteigen? Es gibt ja bei den Modalanalyseoptionen auch die damped Methode.

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moin.
mal ganz simpel für den Einmassenschwinger:

omega = 2 * pi * f = Wurzel( Steifigkeit /Masse)

also: wird die Masse vergrößert, sollte die Eigenfrequenz kleiner werden.
Vorsicht wenn du an den REALs resp. den SECDATAs des Turms was veränderst: die Wandstärke geht auch in die Steifigkeit ein. -> gegenläufige Effekte

Dämpfung und Modal? Wird der Eigenvektor, also die Eigenform durch die Dämpfung geändert (ich gehe davon aus, dass du nur ein Material verbaut hast)?
http://ww3.cad.de/foren/ubb/Forum101/HTML/005316.shtml

Anmerkung:
um hier nicht vollständig im Trüben zu fischen, wären ein paar Daten von der Mechanik ganz sinnvoll:
Höhe, Rohrdurchmesser, Wandstärke, Material, Kopflast, .... was man halt so braucht.

allseits frohes schaffen
ral

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Turmhöhe: 80m
Außendurchmesser: 4011mm ganz unten bis 3225mm ganz oben
Wanddicken: 41mm ganz unten bis 14 mm ganz oben
Kopflast 121.5 t
Material: S355

Also wenn ich das richtig verstehe, wird die Eigenfrequenz nicht veränder [ da wurzel(c/m) ], sondern nur die Eigenform.

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@batzen : Hast du geschrieben das Du zu Anfangs nur die Verschienungen d.h. die translatorischen Freiheitsgrade u,v und w berücksichtigt hattest? Was hast Du mit den Rotationen gemacht - sind die unterdrückt worden und so kamen dann 0.4 Hz raus?

Gerd

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Die 0,4 Hz kommen raus, wenn ich das Masse Element im Kopf mit Keyopt 3=2 belege, also ohne Massenträgheitsmomente. Sage ich Keyopt 3=0 (mit Massenträgheit) dann bekomme ich 0,97 Hz. Dabei habe ich den Realconstants das Massentrögheitsmoment mit 0 zugeweisen.

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